一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110170989A(43)申请公布日2019.08.27(21)申请号201910366937.3(22)申请日2019.05.05(71)申请人北京空间飞行器总体设计部地址100094北京市海淀区友谊路104号(72)发明人谭春林高振良魏承田健王宁罗敏(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人田亚琪刘芳(51)Int.Cl.B25J9/10(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法(57)摘要本发明公开了一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法，对绳驱欠驱动抓取机构中的关节滑轮半径、关节扭簧刚度系数、初始扭矩以及绳索驱动力的变化形式提出了解析形式的详细设计方法，本发明避免直接仿真或试验等经验设计方法的重复修正，大大提高欠驱动系统的运动和控制精度。CN110170989ACN110170989A权利要求书1/1页1.一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法，所述绳驱欠驱动抓取机构的每一关节转动副上都同轴安装有扭转弹簧，其特征在于，根据各个关节转动要求确定关节i处扭转弹簧的刚度系数Ki，根据Ki、关节i转角幅值Ai以及关节i处滑轮半径ri确定设计系数p，根据关节i处初始扭矩Mi0以及ri确定设计系数q；其中，最后，根据设计系数p和q得到随时间t的变化的绳驱拉力F，其中，T为手爪收拢的总时长。2CN110170989A说明书1/3页一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法技术领域[0001]本发明属于机构设计的技术领域，具体涉及一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法。背景技术[0002]绳驱欠驱动抓取机构可以灵活有效地抓取物体，其机构形式可以高度适应目标的形状，通过合理设计内部参数，可产生足够的抓取接触力，具有较高的稳定性以及可靠性。目前国内外主要对欠驱动手爪机械结构的设计进行了研究，对结构参数设计方法的研究较少。发明内容[0003]有鉴于此，本发明提供了一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法，能够在确定每根手指的指节长度与关节个数后，设计量化各个关节滑轮半径、扭簧刚度系数、关节初始扭矩以及绳驱拉力，以保证欠驱动系统的抓取稳定性。[0004]实现本发明的技术方案如下：[0005]一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法，所述绳驱欠驱动抓取机构的每一关节转动副上都同轴安装有扭转弹簧，根据各个关节转动要求确定关节i处扭转弹簧的刚度系数Ki，根据Ki、关节i转角幅值Ai以及关节i处滑轮半径ri确定设计系数p，根据关节i处初始扭矩Mi0以及ri确定设计系数q；其中，最后，根据设计系数p和q得到随时间t的变化的绳驱拉力F，其中，T为手爪收拢的总时长。[0006]在抓取机构上施加绳驱拉力F，即可实现抓取。[0007]有益效果：[0008]1、本发明提出一种定量设计绳驱欠驱动抓取机构参数的设计方法，避免直接仿真或试验等经验设计方法的重复修正，并且能够基于本发明设计方法得到机构抓取过程中的动力学特性，便于分析与执行抓取任务。[0009]2、本发明对绳驱欠驱动抓取机构中的关节滑轮半径、关节扭簧刚度系数、初始扭矩以及绳索驱动力的变化形式提出了解析形式的详细设计方法，大大提高欠驱动系统的运动和控制精度。[0010]3、本发明提出了一种绳驱欠驱动抓取机构收拢靠近目标的轨迹规划方法，通过对绳驱拉力的周期性的变化设计，实现关节的零转速起停，大大增加了欠驱动系统的运动稳定性。3CN110170989A说明书2/3页附图说明[0011]图1是参数设计流程。[0012]图2是抓取机构设计示意图。[0013]图3是关节传动分析示意图。[0014]图4是关节转角轨迹规划示意图。具体实施方式[0015]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。[0016]本发明提供了一种绳驱欠驱动抓取机构参数设计方法，附图2中的绳驱欠驱动抓取机构形式是适用于本发明方法的其中一种机构形式，抓取机构的手指由绳索驱动，相邻指节之间的转动副安装一个关节轮，转动副同轴安装一个扭转弹簧抵抗绳拉力，每个指节内部也安装有一个导向轮用于绳驱动方向转向，其中，关节轮和导向轮的设定是为了使得每个指节的转动角度更大。[0017]如图1所示，参数设计过程分为以下四个步骤进行：[0018]步骤一、分离抓取机构任一相连两指节，对连接这两个指节的关节进行传动受力分析(见附图3)。由于两指节通过同一滑轮连接构成关节，以关节滑轮固定于一个指节为例进行分析。[0019]关节滑轮固连于指节i+1后，分离指节i与指节i+1。在该关节处，假设绳索未作用力时，关节转轴处作用力与反作用力分别为Ni与Ni'，分解到正交方向分别Nix与Niy和N′ix与N′iy。当关节i+1处绳索拉力对指节i作用力为Fi，对指节i